一种超材料薄膜的无基底悬空式多层高精度纳米加工工艺的制作方法

本发明涉及光学超材料制备技术领域，具体为一种超材料薄膜的无基底悬空式多层高精度纳米加工工艺。

背景技术：

光学元器件是组成光学仪器中的具有一定光学传输性质和光学调控功能的核心组件，能将入射光反射、透射、吸收，并且改变光的传播方向、相位、偏振状态、强度和光频成分。目前，光学元器件主要是由光学晶体、玻璃、光学塑料这三类传统光学材料制造，通过打磨成凹面、凸面的厚介质或者雕刻成具有表面结构的厚介质，发展中遇到瓶颈也是明显的，其中最突出的问题是无法微型化、光学调控能力有限、调控效率低、工作波段窄，寻找新的光学材料来替代传统光学材料是推动新一轮产业变革、颠覆整个光学产业结构的主导因素，新材料技术成为各国竞争的热点之一。

超材料是目前光学材料领域一个重大突破，将对世界光科技发展产生重要影响。超材料的基本设计思路是通过模仿物质由分子和原子构成的原理，将人工设计的电磁调控微结构在2维薄膜上有序排列而成。人工设计的微结构由通过具有几何形状的金、银、钛、二氧化硅、石墨烯、二极管、高分子等复合、重构而成，能产生普通分子和原子不具有的特殊电流响应和磁流响应，从而实现传统光学材料无法企及的诸如负折射、超聚焦、电磁隐身等奇异物理现象。超材料是一种全新材料，它为人们随心所欲实现光学调控，提供全新思路与方法，诸如：调控效率高低、工作波段宽窄、多功能（定向动量、相位、偏振、角动量）等调控，都能按照工程需求设计不同的微结构和排列方式来实现。其中，超薄是超材料最突出的特点，基于超材料是超薄的光学调控新材料这个特点，超材料在未来光学仪器微型化、集成化，光子计算机所需要的元器件上扮演着重要的、不可或缺的角色。

传统的加工过程是在硅片上，沉积显影材料，通过光刻显影，把显影材料刻成目标结构的反结构磨具，然后沉积粘合材料钛化合物，然后沉积重金属金或银，然后用酸液洗去显影材料，便得到最终结构。

技术实现要素：

为了克服上述问题，本发明提供一种超材料薄膜的无基底悬空式多层高精度纳米加工工艺。

本发明的技术方案是提供一种超材料薄膜的无基底悬空式多层高精度纳米加工工艺，其特征在于，所述加工工艺包括如下步骤：

s1、通过计算机模拟设计出适合工程需要的超材料模型；

s2、以模拟模型为参照，采用光刻胶甩出厚度为3~7um的底层保护膜；

s3、在底层保护膜上做一层厚度为8~12nm金结构a；

s4、采用光刻胶在金结构a上面甩出厚度为18~22um的薄膜a；

s5、在薄膜a上做一层厚度为7~13nm金结构b；

s6、采用光刻胶在金结构b上面甩出厚度为17~23um的薄膜b；

s7、在薄膜b上做一层厚度为7~13nm金结构c；

s8、通过光刻胶在金结构c上面甩出厚度为3~6um的顶层保护膜，从而得到超材料薄膜。

进一步的，所述s2中，所述底层保护膜的厚度为5um。

进一步的，所述s3中，所述金结构a的厚度为10um。

进一步的，所述s4中，所述薄膜a的厚度为20um。

进一步的，所述s5中，所述金结构a的厚度为10um。

进一步的，所述s6中，所述薄膜b的厚度为20um。

进一步的，所述s7中，所述金结构c的厚度为10um。

进一步的，所述s8中，所述顶层保护膜的厚度为5um。

本发明的有益效果是：本发明的一种超材料薄膜的无基底悬空式多层高精度纳米加工工艺具有如下优点：

（1）本发明的超材料薄膜光学元器件，具有超薄、高效透射、多功能集成、工作频率宽等优点，能大大促进行业生产出一批又一批微型化、节能、功能丰富、工作稳定的光学仪器，吻合行业的发展趋势。

（2）本发明设计多层特殊结构，能产生可观的磁流响应，磁流辐射在反射端与电流辐射相消，透射端与电流辐射相长，高效透射能符合节能、提高仪器工作效率。

（3）本发明跟传统光学材料不同的是，超材料的微结构和宏观序是可以根据工程的需要人工设计的，才有超材料能实现各种奇异的、自然界常见材料所没有的光学调控效应。除了奇异功能之外，还可以通过复式晶格，实现反射透射多功能、偏振多功能、频率多功能等，原本需要多个光学元器件组合才能获得的多功能，现在多种功能均集成在一块超材料上面，能大大节省光学系统构建成本。多功能集成符合节省成本的主流价值观、有助于拓展光学仪器功能。

（4）本发明的超材料薄膜具有多层结构的多个共振点联合共振的特点，拓展了带宽，工作频率宽有助于拓展的光学仪器的工作范围。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1：

本发明的一种超材料薄膜的无基底悬空式多层高精度纳米加工工艺，所述加工工艺包括如下步骤：

s1、通过计算机模拟设计出适合工程需要的超材料模型；

s2、以模拟模型为参照，采用光刻胶甩出厚度为5um的底层保护膜；

s3、在底层保护膜上做一层厚度为10nm金结构a；

s4、采用光刻胶在金结构a上面甩出厚度为20um的薄膜a；

s5、在薄膜a上做一层厚度为10金结构b；

s6、采用光刻胶在金结构b上面甩出厚度为20um的薄膜b；

s7、在薄膜b上做一层厚度为10nm金结构c；

s8、通过光刻胶在金结构c上面甩出厚度为5um的顶层保护膜，从而得到超材料薄膜。

实施例2：

本发明的一种超材料薄膜的无基底悬空式多层高精度纳米加工工艺，所述加工工艺包括如下步骤：

s1、通过计算机模拟设计出适合工程需要的超材料模型；

s2、以模拟模型为参照，采用光刻胶甩出厚度为3um的底层保护膜；

s3、在底层保护膜上做一层厚度为8nm金结构a；

s4、采用光刻胶在金结构a上面甩出厚度为18um的薄膜a；

s5、在薄膜a上做一层厚度为7nm金结构b；

s6、采用光刻胶在金结构b上面甩出厚度为17um的薄膜b；

s7、在薄膜b上做一层厚度为7nm金结构c；

s8、通过光刻胶在金结构c上面甩出厚度为3um的顶层保护膜，从而得到超材料薄膜。

实施例3：

本发明的一种超材料薄膜的无基底悬空式多层高精度纳米加工工艺，所述加工工艺包括如下步骤：

s1、通过计算机模拟设计出适合工程需要的超材料模型；

s2、以模拟模型为参照，采用光刻胶甩出厚度为7um的底层保护膜；

s3、在底层保护膜上做一层厚度为12nm金结构a；

s4、采用光刻胶在金结构a上面甩出厚度为22um的薄膜a；

s5、在薄膜a上做一层厚度为13nm金结构b；

s6、采用光刻胶在金结构b上面甩出厚度为23um的薄膜b；

s7、在薄膜b上做一层厚度为13nm金结构c；

s8、通过光刻胶在金结构c上面甩出厚度为6um的顶层保护膜，从而得到超材料薄膜。

以上实施例仅为本发明其中的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。